(57)【要約】【課題】外部からの電力の供給に頼らずに、公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断された地域と他の地域との間での電話回線を介した通信が半永久的に可能な通信装置を提供する。【解決手段】直線翼垂直軸風車１２が回転すると、発電機１３から交流電力が出力される（風力発電）。発電機１３からの交流電力は、風力用コントローラ２２により、直流電力に変換される。一方、太陽電池パネル３が太陽光を受けると、太陽電池パネル３から直流電力が出力される（太陽光発電）。直流電力は、ＤＣ−ＡＣインバータ２５により、交流電力に変換される。ＤＣ−ＡＣインバータ２５から出力される交流電力は、衛星電話端末４の動作電力として使用される。【選択図】図１
2013046383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線翼垂直軸風車と、
前記直線翼垂直軸風車の回転によって交流電力を発生する発電機と、
前記発電機からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器と、
太陽光を受け、光電変換によって直流電力を発生する太陽電池パネルと、
直流電力を交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換器と、
前記ＤＣ−ＡＣ変換器から出力される交流電力を使用して、衛星電話網を介して通信可能な衛星電話端末とを含む、通信装置。
【請求項２】
前記ＡＣ−ＤＣ変換器から出力される直流電力および前記太陽電池パネルから出力される直流電力をバッファ的に蓄えるための蓄電池をさらに含み、
前記ＤＣ−ＡＣ変換器は、前記蓄電池から出力される直流電力を交流電力に変換する、請求項１に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電話回線を使用して通信する通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震などによる災害に伴い、被災地域の電話回線が不通になることがある。
【０００３】
たとえば、被災地域で公衆交換電話網の通信ケーブルが切断されると、被災地域の固定電話回線が不通になる。
【０００４】
また、被災地域で携帯電話網の基地局間を接続する通信ケーブルが切断されると、被災地域の携帯電話回線が不通になる。
【０００５】
携帯電話回線は、停電が原因で不通になることもある。被災地域において、送電線が切断され、携帯電話網の基地局への電力の供給が途絶えると、その基地局と移動局との間で電波を送受信することができなくなる。その結果、被災地域の携帯電話回線が不通になる。これを回避するため、基地局には、非常用のバックアップ電源（バッテリ）が備えられている。しかし、バックアップ電源に蓄えられている電力は、１日程度で使い果たされるため、バックアップ電源のみでは、基地局を一時的に稼働させることができるにすぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２１５９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
被災地域において、通信ケーブルおよび送電線が切断され、固定電話回線および携帯電話回線の両方が不通になる状況が想定されうる。しかしながら、現在のところ、そのような状況下の被災地域と他の地域との間での電話回線を使用した通信が長期にわたって可能である装置は提供されておらず、今後の災害に備えて、そのような装置の提供が切望されている。
【０００８】
本発明の目的は、外部からの電力の供給に頼らずに、公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断された地域と他の地域との間での電話回線を介した通信が半永久的に可能な通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明に係る通信装置は、直線翼垂直軸風車と、前記直線翼垂直軸風車の回転によって交流電力を発生する発電機と、前記発電機からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器と、太陽光を受け、光電変換によって直流電力を発生する太陽電池パネルと、直流電力を交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換器と、前記ＤＣ−ＡＣ変換器から出力される交流電力を使用して、衛星電話網を介して通信可能な衛星電話端末とを含む。
【００１０】
直線翼垂直軸風車が回転すると、発電機から交流電力が出力される（風力発電）。発電機からの交流電力は、ＡＣ−ＤＣ変換器により、直流電力に変換される。一方、太陽電池パネルが太陽光を受けると、太陽電池パネルから直流電力が出力される（太陽光発電）。直流電力は、ＤＣ−ＡＣ変換器により、交流電力に変換される。ＤＣ−ＡＣ変換器から出力される交流電力は、衛星電話端末の動作電力として使用される。
【００１１】
これにより、昼間は、風力発電および／または太陽光発電による電力を使用して、衛星電話端末を動作させることができる。夜間は、風力発電による電力を使用して、衛星電話端末を動作させることができる。そして、直線翼垂直軸風車は、風速０．７ｍ／ｓの微風でも回転する。したがって、微風状態においても、発電機から電力を発生させることができる。そのため、昼夜を問わず、通信装置内で衛星電話端末の動作に必要な電力を発生させることができる。その結果、外部からの電力の供給がなくても、ほぼ常時、衛星電話端末による通信が可能である。
【００１２】
衛星電話端末は、衛星電話網を介して通信可能な端末である。したがって、この通信装置が設置されている地域において、公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じても、衛星電話端末により、その地域と他の地域との間で通信を行うことができる。
【００１３】
よって、通信装置が設置されている地域において、送電線ならびに公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じても、外部からの電力の供給に頼らずに、他の地域との間で電話回線を介した通信を半永久的に行うことができる。
【００１４】
発電機で発生する電力は、直線翼垂直軸風車が受ける風の風速によって変動する。また、太陽電池パネルから発生する電力は、日射強度および気温によって変動する。そこで、ＤＣ−ＡＣ変換器に入力される直流電力を安定させるために、ＡＣ−ＤＣ変換器から出力される直流電力および太陽電池パネルから出力される直流電力をバッファ的に蓄えるための蓄電池が備えられて、その蓄電池から出力される直流電力がＤＣ−ＡＣ変換器によって交流電力に変換されることが好ましい。
【００１５】
従来の風力または太陽光を利用する発電装置には、比較的大容量の蓄電池を備えるものがある。この蓄電池は、発電停止時のバックアップ電源として備えられている。すなわち、風力または太陽光による発電が停止したときにも、発電装置に接続されている負荷に電力を供給することができるように、発電装置には、その負荷の消費電力に応じた大容量の蓄電池が備えられている。大容量の蓄電池は、サイズが大きいので、その蓄電池を備える発電装置のサイズは、必然的に大きくなる。
【００１６】
これに対し、この通信装置では、発電がほぼ停止しないので、バックアップ電源は不可欠な要素ではない。そのため、蓄電池として、バックアップ電源として使用可能な大容量のものは必要ではなく、比較的小容量のもので必要十分である。よって、蓄電池を備えることによるサイズの大型化を招くことはない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、送電線ならびに公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じた地域において、外部からの電力の供給に頼らずに、他の地域との間で電話回線を介した通信を半永久的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る通信装置の構成を図解的に示す図である。
【図２】図２は、その通信装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、上ステータの各相巻線と下ステータの各相巻線とが直列接続された状態を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、上ステータの各相巻線と下ステータの各相巻線とが並列接続された状態を示す図である。
【図４】図４は、切替回路の構成を図解的に示す図である。
【図５】図５は、風力用コントローラの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る通信装置の構成を図解的に示す図である。図２は、その通信装置の電気的構成を示すブロック図である。
【００２１】
通信装置１は、風力によって交流電力を発生（風力発電）する風力発電装置２と、太陽光によって直流電力を発生（太陽光発電）する太陽電池パネル３と、衛星電話網を介して通信可能な衛星電話端末４と、風力発電装置２からの交流電力および太陽電池パネル３からの直流電力を衛星電話端末４の動作電力に変換する電力変換器５とを備えている。
【００２２】
風力発電装置２および太陽電池パネル３は、図１に示されるように、略円柱状の支柱１１に支持されている。支柱１１は、屋外で地上または建物の屋上などに、鉛直方向に延びるように立設される。
【００２３】
風力発電装置２は、支柱１１の上端に回転可能に設けられた直線翼垂直軸風車１２と、支柱１１の上端部に内蔵された発電機１３とを含む。
【００２４】
直線翼垂直軸風車１２は、回転軸１４および３枚のブレード１５を備えている。
【００２５】
回転軸１４は、支柱１１の上端部に支持されて、支柱１１の上端から鉛直上方に延びている。回転軸１４は、その中心軸線を中心に回転可能に設けられている。
【００２６】
３枚のブレード１５は、回転軸１４のまわりに、回転軸１４の中心軸線（回転軸線）を中心とする等角度間隔（１２０°間隔）を空けて配置されている。各ブレード１５は、ＣＦＲＰ（carbon fiber reinforced plastics）からなり、中空の略長方形板状に形成されている。各ブレード１５は、鉛直方向に延びるように設けられ、２本のアーム１６により、回転軸１４の上端部および上下方向の途中部に連結されている。
【００２７】
ブレード１５の軽量化および形状の工夫により、直線翼垂直軸風車１２は、風速０．７ｍ／ｓ以上の風で回転する。
【００２８】
発電機１３は、３相交流発電機であり、ロータおよびステータを備えている。
【００２９】
ロータは、直線翼垂直軸風車１２の回転軸１４と一体的に回転可能に設けられている。ロータには、永久磁石が保持されている。
【００３０】
ステータは、図３Ａ，３Ｂに示されるように、上ステータＵＳおよび下ステータＬＳに２分割されている。上ステータＵＳには、Ｕ相巻線１７Ｕ、Ｖ相巻線１７ＶおよびＷ相巻線１７Ｗが設けられている。Ｕ相巻線１７Ｕ、Ｖ相巻線１７ＶおよびＷ相巻線１７Ｗは、Ｙ結線されている。また、下ステータＬＳには、Ｕ相巻線１８Ｕ、Ｖ相巻線１８ＶおよびＷ相巻線１８Ｗが設けられている。
【００３１】
直線翼垂直軸風車１２が回転すると、発電機１３のロータが直線翼垂直軸風車１２の回転軸１４と一体的に回転し、電磁誘導により、発電機１３のＵ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗに交流電流が流れる。その結果、発電機１３から３相交流電力が出力される。
【００３２】
太陽電池パネル３は、たとえば、電気的に接続された複数の多結晶シリコン太陽電池をパネル状をなすように並べて形成されている。太陽電池パネル３は、図１に示されるように、支柱１１から延びるアーム１９の先端に固定されて、受光面２０を斜め上方に向けた傾斜姿勢に設けられている。
【００３３】
太陽電池パネル３の受光面２０に太陽光が照射されると、光起電力効果が生じ、太陽電池パネル３から直流電力が出力される。
【００３４】
衛星電話端末４は、通信衛星（静止衛星）を介して、地上に設置されている衛星電話基地局と通信を行うことができる。衛星電話基地局は、公衆交換電話網（固定電話回線）に接続されている。これにより、衛星電話端末４は、通信衛星、衛星電話基地局および公衆交換電話網を介して、固定電話端末や携帯電話端末などと通信することができる。
【００３５】
電力変換器５は、支柱１１の基端部に内蔵されている。電力変換器５は、図２に示されるように、切替回路２１、風力用コントローラ２２、太陽光用コントローラ２３、蓄電池２４およびＤＣ−ＡＣインバータ２５を備えている。
【００３６】
図４は、切替回路の構成を図解的に示す図である。
【００３７】
切替回路２１は、図３に示されるように、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４、第５リレーＲｙ５、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を含む。
【００３８】
第１リレーＲｙ１は、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕの一端に設けられた端子Ｔ１の接続先を下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの一端に設けられた端子Ｔ４とその他端に設けられた端子Ｔ５とに切り替えるためのものである。端子Ｔ４は、第１リレーＲｙ１を介して、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵに接続されている。
【００３９】
第２リレーＲｙ２は、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖの一端に設けられた端子Ｔ２の接続先を下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖの一端に設けられた端子Ｔ６とその他端に設けられた端子Ｔ７とに切り替えるためのものである。端子Ｔ６は、第２リレーＲｙ２を介して、風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶに接続されている。
【００４０】
第３リレーＲｙ３は、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗの一端に設けられた端子Ｔ３の接続先を下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗの一端に設けられた端子Ｔ８とその他端に設けられた端子Ｔ９とに切り替えるためのものである。端子Ｔ８は、第３リレーＲｙ３を介して、風力用コントローラ２２のＷ相入力端子ＴＷに接続されている。
【００４１】
第４リレーＲｙ４は、下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ７とを接続するか否かを切り替えるためのものである。
【００４２】
第５リレーＲｙ５は、下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ９とを接続するか否かを切り替えるためのものである。
【００４３】
第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２および第３リレーＲｙが制御されて、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕの端子Ｔ１と下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とが接続され、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖの端子Ｔ２と下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ７とが接続され、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗの端子Ｔ３と下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ９とが接続される。また、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５が制御されて、下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ７とＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ９とが相互に切り離される。
【００４４】
これにより、図３Ａに示されるように、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕ、Ｖ相巻線１７ＶおよびＷ相巻線１７Ｗの中性点と風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵとの間で、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕと下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕとが直列に接続される。また、その中性点と風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶとの間で、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖと下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖとが直列に接続される。さらに、その中性点と風力用コントローラ２２のＷ相入力端子ＴＷとの間で、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗと下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗとが直列に接続される。
【００４５】
そして、この状態で、直線翼垂直軸風車１２が回転すると、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗに交流電圧が生じ、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに交流電力が入力される。
【００４６】
一方、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２および第３リレーＲｙが制御されて、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕの端子Ｔ１と下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ４とが接続され、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖの端子Ｔ２と下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ６とが接続され、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗの端子Ｔ３と下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ８とが接続される。また、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５が制御されて、下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ７とＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ９とが相互に接続される。
【００４７】
これにより、図３Ｂに示されるように、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕ、Ｖ相巻線１７ＶおよびＷ相巻線１７Ｗの中性点と風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵとの間で、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕと下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕとが並列に接続される。また、その中性点と風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶとの間で、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖと下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖとが並列に接続される。さらに、その中性点と風力用コントローラ２２のＷ相入力端子ＴＷとの間で、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗと下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗとが並列に接続される。
【００４８】
そして、この状態で、直線翼垂直軸風車１２が回転すると、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗに交流電圧が生じ、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに交流電力が入力される。
【００４９】
第６リレーＲｙ６は、風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶとＷ相入力端子ＴＷとを接続するか否かを切り替えるためのものである。
【００５０】
第７リレーＲｙ７は、風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶとＵ相入力端子ＴＵとを接続するか否かを切り替えるためのものである。
【００５１】
第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７が制御されて、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷが相互に接続されることにより、風力用コントローラ２２への３相交流電力の入力が遮断される。
【００５２】
図５は、風力用コントローラの構成を示す図である。
【００５３】
風力用コントローラ２２は、整流回路３１、低電圧変換部３２、中電圧変換部３３、高電圧変換部３４および電圧変換制御部３５を備えている。
【００５４】
整流回路３１は、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷから入力される３相交流電力（交流電圧）を直流電力（直流電圧）に変換する。
【００５５】
低電圧変換部３２、中電圧変換部３３および高電圧変換部３４は、整流回路３１から出力される直流電圧を２４Ｖの直流電圧に変換する。
【００５６】
低電圧変換部３２は、トランス４１、スイッチング素子４２および整流平滑回路４３を含む電圧変換回路を備えている。トランス４１の１次巻線は、整流回路３１に接続されている。スイッチング素子４２は、整流回路３１とトランス４１の１次巻線との間に介装されている。整流平滑回路４３は、トランス４１の２次巻線に接続されている。
【００５７】
また、低電圧変換部３２には、マイクロコンピュータで構成されるスイッチング制御部４４が備えられている。スイッチング素子４２のオン／オフは、スイッチング制御部４４によって制御される。
【００５８】
低電圧変換部３２の動作時には、スイッチング素子４２のオン／オフが周期的に繰り返される。これにより、トランス４１の１次巻線に、整流回路３１から出力される電圧が交流電圧として印加される。トランス４１の１次巻線に交流電圧が印加されると、電磁誘導により、トランス４１の２次巻線に交流電圧が発生し、トランス４１における交流電圧の変圧が達成される。トランス４１から出力される交流電圧は、整流平滑回路４３に入力されて、整流平滑回路４３により、２４Ｖの直流電圧に変換される。整流平滑回路４３から出力される直流電圧は、蓄電池２４に与えられる。
【００５９】
さらに、低電圧変換部３２には、整流平滑回路４３から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の下限値未満であるか否かを判断する低電圧検出部４５と、整流平滑回路４３から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の上限値以上であるか否かを判断する過電圧検出部４６とが備えられている。低電圧検出部４５および過電圧検出部４６は、マイクロコンピュータで構成される。低電圧検出部４５および過電圧検出部４６の判断結果は、それぞれフォトカプラ４７，４８を介して、スイッチング制御部４４に送信される。
【００６０】
スイッチング制御部４４は、低電圧検出部４５から電圧値が下限値未満である旨の判断結果（信号）または過電圧検出部４６から電圧値が上限値以上である旨の判断結果（信号）を受信すると、スイッチング素子４２をオフにする。これにより、低電圧変換部３２は、整流回路３１から切り離される。
【００６１】
中電圧変換部３３は、トランス５１、スイッチング素子５２および整流平滑回路５３を含む電圧変換回路を備えている。トランス５１の１次巻線は、整流回路３１に接続されている。スイッチング素子５２は、整流回路３１とトランス５１の１次巻線との間に介装されている。整流平滑回路５３は、トランス５１の２次巻線に接続されている。
【００６２】
また、中電圧変換部３３には、マイクロコンピュータで構成されるスイッチング制御部５４が備えられている。スイッチング素子５２のオン／オフは、スイッチング制御部５４によって制御される。
【００６３】
中電圧変換部３３の動作時には、スイッチング素子５２のオン／オフが周期的に繰り返される。これにより、トランス５１の１次巻線に、整流回路３１から出力される電圧が交流電圧として印加される。トランス５１の１次巻線に交流電圧が印加されると、電磁誘導により、トランス５１の２次巻線に交流電圧が発生し、トランス５１における交流電圧の変圧が達成される。トランス５１から出力される交流電圧は、整流平滑回路５３に入力されて、整流平滑回路５３により、２４Ｖの直流電圧に変換される。整流平滑回路５３から出力される直流電圧は、蓄電池２４に与えられる。
【００６４】
さらに、中電圧変換部３３には、整流平滑回路５３から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の下限値未満であるか否かを判断する低電圧検出部５５と、整流平滑回路５３から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の上限値以上であるか否かを判断する過電圧検出部５６とが備えられている。低電圧検出部５５および過電圧検出部５６は、マイクロコンピュータで構成される。低電圧検出部５５および過電圧検出部５６の判断結果は、それぞれフォトカプラ５７，５８を介して、スイッチング制御部５４に送信される。
【００６５】
スイッチング制御部５４は、低電圧検出部５５から電圧値が下限値未満である旨の判断結果（信号）を受信すると、スイッチング素子５２をオフにする。また、スイッチング制御部５４は、過電圧検出部５６から電圧値が上限値以上である旨の判断結果（信号）を受信しても、スイッチング素子４２を周期的にオン／オフさせる。これにより、高電圧変換部３４の動作から中電圧変換部３３の動作に切り替えられたときに、中電圧変換部３３から直流電圧を速やかに出力させることができる。
【００６６】
高電圧変換部３４は、トランス６１、スイッチング素子６２，６３および整流平滑回路６４を含む電圧変換回路を備えている。トランス６１の１次巻線の一端は、スイッチング素子６２を介して、整流回路３１の一方の出力端子に接続されている。また、トランス６１の１次巻線の他端は、スイッチング素子６３を介して、整流回路３１の一方の出力端子に接続されている。また、１次巻線の中間点は、整流回路３１の他方の出力端子に接続されている。整流平滑回路６４の一方の出力端子は、トランス６１の２次巻線の一端に接続されている。整流平滑回路６４の他方の出力端子は、トランス６１の２次巻線の中間点に接続されている。
【００６７】
また、高電圧変換部３４には、マイクロコンピュータで構成されるスイッチング制御部６５が備えられている。スイッチング素子６２，６３のオン／オフは、スイッチング制御部６５によって制御される。
【００６８】
高電圧変換部３４は、低出力モードおよび高出力モードの２つの出力モードを有している。低出力モードでの高電圧変換部３４の動作時には、スイッチング素子６３がオフにされた状態で、スイッチング素子６２のオン／オフが周期的に繰り返される。これにより、トランス６１の１次巻線の一端と中間点との間に、整流回路３１から出力される電圧が交流電圧として印加される。一方、高出力モードでの高電圧変換部３４の動作時には、スイッチング素子６２，６３の両方が同期して周期的にオン／オフされる。これにより、トランス６１の１次巻線の一端と中間点との間および他端と中間点との間に、整流回路３１から出力される電圧が交流電圧として印加される。トランス６１の１次巻線に交流電圧が印加されると、電磁誘導により、トランス６１の２次巻線に交流電圧が発生し、トランス６１における交流電圧の変圧が達成される。トランス６１から出力される交流電圧は、整流平滑回路６４に入力されて、整流平滑回路６４により、２４Ｖの直流電圧に変換される。整流平滑回路６４から出力される直流電圧は、蓄電池２４に与えられる。
【００６９】
さらに、高電圧変換部３４には、整流平滑回路６４から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の下限値未満であるか否かを判断する低電圧検出部６６が備えられている。低電圧検出部６６は、マイクロコンピュータで構成される。低電圧検出部６６の判断結果は、それぞれフォトカプラ６７を介して、スイッチング制御部６５に送信される。
【００７０】
スイッチング制御部６５は、低電圧検出部６６から電圧値が下限値未満である旨の判断結果（信号）を受信すると、スイッチング素子６２，６３をオフにする。
【００７１】
そして、低電圧変換部３２、中電圧変換部３３および高電圧変換部３４は、それらの定格電圧および出力容量がこの順に大きくなるように、電圧変換回路の回路定数やトランス４１，５１，６１の１次巻線および２次巻線の巻数などが設定されている。
【００７２】
電圧変換制御部３５は、マイクロコンピュータからなる。電圧変換制御部３５は、切替回路２１からＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の周波数を常に監視している。電圧変換制御部３５は、交流電圧の周波数に基づいて、切替回路２１の第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４、第５リレーＲｙ５、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を制御して、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗの直列接続および並列接続を切り替える。また、電圧変換制御部３５は、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の電圧値（以下「入力電圧値」という。）に基づいて、低電圧変換部３２、中電圧変換部３３および高電圧変換部３４を選択的に動作させる。入力電圧値は、たとえば、スイッチング制御部４４，５４，６５内で検出される。
【００７３】
具体的には、風速が小さく、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の周波数が０〜２５．３Ｈｚの範囲内（入力電圧値が０〜１９０Ｖの範囲内）である場合には、電圧変換制御部３５は、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗがそれぞれ直列に接続されるように、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５を制御する。また、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷが相互に切り離されるように、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を制御する。
【００７４】
そして、入力電圧値が８０Ｖ未満である場合には、電圧変換制御部３５は、低電圧変換部３２を動作させる。すなわち、中電圧変換部３３のスイッチング素子５２および高電圧変換部３４のスイッチング素子６２，６３をオフにした状態で、低電圧変換部３２のスイッチング素子４２を周期的にオン／オフする。これにより、低電圧変換部３２から２４Ｖの直流電圧が出力される。低電圧変換部３２の出力容量は、たとえば、７．８Ｗである。
【００７５】
風速が上がり、入力電圧値が８０Ｖ以上になると、電圧変換制御部３５は、中電圧変換部３３を動作させる。すなわち、低電圧変換部３２のスイッチング素子４２および高電圧変換部３４のスイッチング素子６２，６３をオフにした状態で、中電圧変換部３３のスイッチング素子５２を周期的にオン／オフする。これにより、中電圧変換部３３から２４Ｖの直流電圧が出力される。中電圧変換部３３の出力容量は、たとえば、３２Ｗである。
【００７６】
風速がさらに上がり、入力電圧値が１５０Ｖ以上になると、電圧変換制御部３５は、高電圧変換部３４を低出力モードで動作させる。すなわち、低電圧変換部３２のスイッチング素子４２をオフにし、高電圧変換部３４のスイッチング素子６３をオフにした状態で、スイッチング素子６２を周期的にオン／オフする。これにより、高電圧変換部３４から２４Ｖの直流電圧が出力される。高電圧変換部３４の低出力モードでの出力容量は、たとえば、２１０Ｗである。
【００７７】
風速がさらに上がり、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の周波数が２５．３Ｈｚを超えると、電圧変換制御部３５は、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗがそれぞれ並列に接続されるように、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５を制御する。これにより、入力電圧値は、１９０Ｖから９５Ｖに低下する。そのため、これに応答して、電圧変換制御部３５は、中電圧変換部３３を動作させる。
【００７８】
その後、風速がさらに上がり、入力電圧値が１５０Ｖ以上になると、電圧変換制御部３５は、高電圧変換部３４を低出力モードで動作させる。
【００７９】
風速がさらに上がり、入力電圧値が２００Ｖ以上になると、電圧変換制御部３５は、高電圧変換部３４を高出力モードで動作させる。すなわち、低電圧変換部３２のスイッチング素子４２をオフにした状態で、高電圧変換部３４のスイッチング素子６２，６３を周期的にオン／オフする。これにより、高電圧変換部３４から２４Ｖの直流電圧が出力される。高電圧変換部３４の低出力モードでの出力容量は、たとえば、５００Ｗである。
【００８０】
Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の周波数が６１．３Ｈｚ以上（入力電圧値が２３０Ｖ以上）になると、電圧変換制御部３５は、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷが相互に接続されるように、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を制御する。その後、１０分間が経過すると、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷが相互に切り離されるように、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を制御する。そして、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗがそれぞれ直列に接続されるように、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５を制御する。
【００８１】
このように、風速に応じて、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗの直列接続および並列接続が切り替えられ、また、低電圧変換部３２、中電圧変換部３３および高電圧変換部３４が選択的に動作される。そのため、風力用コントローラ２２が過負荷によって破壊されることを防止できながら、低風速から高風速の広範囲において、風力用コントローラ２２から直流電力（直流電圧）を安定して出力することができる。
【００８２】
太陽光用コントローラ２３は、図２に示されるように、太陽電池パネル３および蓄電池２４に接続されている。太陽電池パネル３から出力される直流電力は、その電圧値が太陽光用コントローラ２３によって２４Ｖに変圧されて、太陽光用コントローラ２３から出力される。
【００８３】
そして、風力用コントローラ２２および太陽光用コントローラ２３から出力される直流電力は、蓄電池２４をバッファ的に経由して、ＤＣ−ＡＣインバータ２５に入力される。蓄電池２４は、その容量が５０Ａｈ未満であるものが用いられ、具体的には、その容量が２０Ａｈであるものが用いられる。
【００８４】
ＤＣ−ＡＣインバータ２５に入力される直流電力は、所定周波数および所定振幅の交流電力に変換されて、ＤＣ−ＡＣインバータ２５から衛星電話端末４に動作電力として与えられる。
【００８５】
以上のように、直線翼垂直軸風車１２が回転すると、発電機１３から交流電力が出力される（風力発電）。発電機１３からの交流電力は、風力用コントローラ２２により、直流電力に変換される。一方、太陽電池パネル３が太陽光を受けると、太陽電池パネル３から直流電力が出力される（太陽光発電）。直流電力は、ＤＣ−ＡＣインバータ２５により、交流電力に変換される。ＤＣ−ＡＣインバータ２５から出力される交流電力は、衛星電話端末４の動作電力として使用される。
【００８６】
これにより、昼間は、風力発電および／または太陽光発電による電力を使用して、衛星電話端末４を動作させることができる。夜間は、風力発電による電力を使用して、衛星電話端末４を動作させることができる。そして、直線翼垂直軸風車１２は、風速０．７ｍ／ｓの微風でも回転する。したがって、微風状態においても、発電機１３から電力を発生させることができる。そのため、昼夜を問わず、通信装置１内で衛星電話端末４の動作に必要な電力を発生させることができる。その結果、外部からの電力の供給がなくても、ほぼ常時、衛星電話端末４による通信が可能である。
【００８７】
衛星電話端末４は、衛星電話網を介して通信可能な端末である。したがって、この通信装置１が設置されている地域において、公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じても、衛星電話端末４により、その地域と他の地域との間で通信を行うことができる。
【００８８】
よって、通信装置１が設置されている地域において、送電線ならびに公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じても、外部からの電力の供給に頼らずに、他の地域との間で電話回線を介した通信を半永久的に行うことができる。
【００８９】
発電機１３で発生する電力は、直線翼垂直軸風車１２が受ける風の風速によって変動する。また、太陽電池パネル３から発生する電力は、日射強度および気温によって変動する。そこで、ＤＣ−ＡＣインバータ２５に入力される直流電力を安定させるために、風力用コントローラ２２から出力される直流電力および太陽電池パネル３から出力される直流電力をバッファ的に蓄えるための蓄電池２４が備えられており、その蓄電池２４から出力される直流電力がＤＣ−ＡＣインバータ２５によって交流電力に変換される。
【００９０】
通信装置１では、発電がほぼ停止しないので、蓄電池２４としては、バックアップ電源として使用可能な大容量のものは必要ではなく、ＤＣ−ＡＣインバータ２５に入力される直流電力を安定させることができる程度の比較的小容量のもので必要十分である。よって、蓄電池２４を備えることによるサイズの大型化を招くことはない。
【００９１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１      通信装置
２      風力発電装置
３      太陽電池パネル
４      衛星電話端末
５      電力変換器
１２    直線翼垂直軸風車
１３    発電機
２２    風力用コントローラ（ＡＣ−ＤＣ変換器）
２４    蓄電池
２５    ＤＣ／ＡＣインバータ（ＤＣ−ＡＣ変換器）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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